Усилители основные определения и характеристики
Усилителем называют устройство, предназначенное для усиления мощности электрического сигнала без изменения его формы.
Классификация усилителей. Усилители классифицируют по следующим признакам.
1. По диапазону усиливаемых частот – усилители низких частот (УНЧ), усилители постоянного тока (УПТ), усилители высоких частот (УВЧ), избирательные усилители.
2. По функциональному назначению – усилители напряжения, тока, мощности.
3. По характеру усиливаемого сигнала – усилители непрерывных и импульсных сигналов.
Структурная схема усилительного устройства показана на рис. 12.1. На входе действует источник сигнала с внутренним сопротивлением . Источником может служить выход другого усилителя, микрофон или датчик.
К выходу усилителя подключена нагрузка . Собственно усилитель представлен схемой замещения, включающей источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН) с коэффициентом усиления К, и резисторы и , учитывающие конечное входное и ненулевое выходное сопротивления усилителя.
Параметры усилителей. Основным
количественным параметром усилителя
является его коэффициент усиления
(коэффициент передачи). Различают
коэффициенты усиления напряжения
, тока
или мощности
:
Если коэффициент передачи напряжения равен единице, усилитель называют повторителем напряжения.
Зависимость модуля коэффициента усиления от частоты называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), а зависимость аргумента – фазочастотной характеристикой (ФЧХ).
АЧХ
Другой важной характеристикой усилителя является его передаточная (амплитудная) характеристика – зависимость амплитуды входного сигнала от амплитуды входного. Передаточная характеристика определяется при подаче на вход усилителя гармонического сигнала с частотой, лежащей в полосе пропускания усилителя.
Минимальное входное напряжение
ограничено уровнем собственных шумов
усилителя, на фоне которых можно выделить
полезный сигнал. Отношение максимального
входного напряжения к минимальному
называют динамическим диапазоном:
Важными количественными показателями усилителя являются его входное и выходное сопротивления. В общем случае входное и выходное сопротивления усилителя – величины комплексные и зависят от частоты.
Многокаскадные усилители. Для получения необходимого усиления используют усилители, образованные последовательным соединением нескольких звеньев или каскадов. Обычно число каскадов равно двум-трем. Первый каскад служит для предварительного усиления слабых сигналов, поступающих на вход устройства. Для этого используют усилители напряжения. Выходной каскад служит для передачи в нагрузку сигнала необходимой мощности.
Коэффициент усиления многокаскадного
усилителя равен произведению коэффициентов
передачи отдельных каскадов:
Обратные связи в усилителях. Влияние отрицательной обратной связи на хар-ки усилителя.
Обратной связью называют процесс передачи сигнала из выходной цепи во входную. Цепь, обеспечивающую эту передачу, называют цепью обратной связи. Петля, или контур обратной связи, состоит из прямого пути, образуемого активным элементом, и обратного пути, образуемого цепью обратной связи. Как правило, цепь обратной связи представляет пассивный делитель напряжения.
Рассмотрим активную цепь, показанную на рисунке. Треугольником обозначен дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления К. Цепью обратной связи является делитель напряжения, образованный резисторами , .
Выходное напряжение усилителя: Uвых = KUd. Напряжение обратной связи: Uос = (R1/R1+R2)*Uвых = bUвых
B = R1/r1+r2 – коэффициент обратной связи. Напряжение на входе усилителя: Ud = Uвх – Uос = (1/1+bK)*Uвх
Выходное напряжение: Uвых = (K/1+bK)*Uвх
bK – коэффициент петлевого усиления,
1+ bK – глубина обратной связи. Применение отрицательной обратной связи уменьшает нелинейные искажения сигнала, возникающие в усилителе. Повышается стабильность коэффициента усиления, расширяется диапазон рабочих частот. Кроме того, использование ООС приводит к изменению входного и выходного сопротивлений усилителя.
Последовательная
ООС увеличивает входное и уменьшает
выходное сопротивления усилителя
напряжения примерно в
раз.
Параллельная отрицательная обратная связь уменьшает входное сопротивление, а отрицательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление усилителя. Следовательно, выбирая соответствующий вид ООС, мы можем целенаправленно изменять величины входного и выходного сопротивлений усилителей.